Osmotischer Druck

Qualitätssicherung von Dr. med. Nonnenmacher am 30. Januar 2017
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Der osmotische Druck entspricht dem Druck, der auf der höher konzentrierten Seite einer semipermeablen oder selektivpermeablen Membran im Lösungsmittel vorliegt. Der Druck treibt den Fluss des Lösungsmittels durch die Membran an und gibt seine Richtung vor. Erkrankungen mit Bezug zum osmotischen Druck sind zum Beispiel verminderte Druckresistenzen der Blutkörperchen.

Inhaltsverzeichnis

Was ist der osmotische Druck?

Mit dem Begriff des osmotischen Drucks bezeichnet die Medizin den physiologischen Druck, der die Osmose ermöglicht. Die Osmose entspricht dem gerichteten Fluss von Molekularteilchen durch semipermeable oder selektivpermeable Trennschichten hindurch. Damit ist die Osmose ein essentieller Stofftransport im menschlichen Körper.

Der osmotische Druck ist für diesen Stofftransportprozess die Hauptvoraussetzung. Die gelösten Moleküle in einem Lösungsmittel verursachen auf derjenigen Trennschichtseite mit der höheren Konzentration den osmotischen Druck. Die so entstehenden Druckverhältnisse treiben den Fluss des Lösungsmittels durch die jeweilige Membran an. Auf diese Weise bewegt sich das Lösungsmittel von der Seite mit der niedrigeren Teilchenkonzentration durch die Membran hindurch und strömt damit auf die Seite mit der jeweils höheren Konzentration, auf der der osmotische Druck besteht. Die molekularen Teilchen selbst können die semipermeable oder selektivpermeable Membran nicht passieren.

Funktion & Aufgabe

Der osmotische Druck ist von den Konzentrationsverhältnissen zweier Lösungen abhängig, die sich auf verschiedenen Seiten einer semipermeable oder selektivpermeable Membran befinden. Obwohl auch auf der niedriger konzentrierten Seite osmotischer Druck besteht, ist der Druck auf der höher konzentrierten Seite der gelösten Stoffe immer höher.

Im menschlichen Körper erfolgt aus dem Interstitium ein Einstrom von Wasser in die einzelnen Zellen. Dieser Einstrom erfolgt von einer Seite mit niedrigerer Konzentration zu einer Seite mit höherer Konzentration. Zellen besitzen einen bestimmten Innendruck. Dieser Druck wird auch als Turgor bezeichnet. Die Einströmung schreitet so lange fort, bis der Turgor innerhalb der Zellen dieselbe Höhe erreicht hat wie der osmotische Druck. Der innen bestehende und der von außen einwirkende Druck stehen sich am Ende des Einstroms also gleichwertig gegenüber.

Der osmotische Druck lässt sich messen und berechnen. Grundsätzlich gelten in verdünnt flüssigen Lösungen die gleichen Gesetzmäßigkeiten der Physik wie in idealen Gasen. Aus diesem Grund ist der osmotische Druck immer proportional zu der jeweils absoluten Temperatur. Darüber hinaus besteht eine Proportionalität zwischen der molaren Konzentration des jeweils gelösten Stoffs und der Höhe des osmotischen Drucks. Der Druck hängt so vor allem von der Anzahl an Molekularteilchen des gelösten Stoffs ab.

Erkrankungen mit Bezug zum osmotischen Druck sind zum Beispiel verminderte Druckresistenzen der Blutkörperchen.

In einer Lösung von einem Mol Stoff in 22,4 Litern Lösungsmittel beläuft sich der osmotische Druck bei Temperaturen von 0 Grad Celsius oder 273,15 Kelvin auf 101,325 kPa. Das Van ’t Hoffsche Gesetz gibt diese Zusammenhänge vor. Allerdings gilt das Gesetz ausschließlich für verdünnte Lösungen unter einem Wert von 0,1 M.

Die Analogie zu den Gesetzmäßigkeiten idealer Gase versteht sich, wie folgt: der osmotische Druck wirkt jeweils dem Einstrom von Lösungsmitteln entgegen. Aus diesem Grund endet der Einstrom von Lösungsmittel, sobald das Gleichgewicht erreicht ist.

Mit Osmometern lässt sich der osmotische Druck einer Lösung bestimmen. Entweder wird der Druck statisch, nach dem Erreichen des Gleichgewichts, oder dynamisch gemessen. Bei der dynamischen Messung muss am Steigrohrmanometer äußerer Druck angelegt werden, um den osmotischen Fluss zu unterbrechen. Durch die Messung des Drucks kann außerdem die mittlere Molekülmasse der Makromoleküle bestimmt werden.

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Krankheiten & Beschwerden

Krankheiten im Zusammenhang mit dem osmotischen Druck können zum Beispiel die Blutkörperchen betreffen. Die roten Blutkörperchen besitzen eine osmotische Widerstandskraft. Bei verschiedenen Erkrankungen ist diese osmotische Widerstandskraft der roten Blutkörperchen verringert. Ebenso viele Erkrankungen gehen mit einer Erhöhung der osmotischen Widerstandskraft einher. Um solche Erkrankungen zu erkennen, wird die osmotische Erythrozytenresistenz gemessen. Die Messung ermöglicht vor allem die Diagnostik der resistenzvermindernden Erkrankungen.

Zu diesen Erkrankungen zählt zum Beispiel die Kugelzellenblutarmut. Auch andere hämolytische Anämien können die osmotische Resistenz der roten Blutkörperchen aber verringern. Hämolytische Anämien sind eine Krankheitsgruppe, die mit Blutarmut aufgrund von erhöhtem oder vorzeitigem Zerfall der Erythrozyten einhergeht. Diesen Umstand bezeichnet die Medizin als Hämolyse. Hämolysen gehen oft mit Grunderkrankungen einher. Sie können durch mechanische Vorgänge oder genetische Disposition verursacht werden. Neben der physiologischen Hämolyse aufgrund des Erythrozytenalters kann mechanische Überbeanspruchung wie ein Herzklappenersatz, thermische Schädigung durch Erhitzung und osmotische Schädigung den Zerfall bestimmten. Bei einer osmotischen Schädigung sind hyper- oder hypoosmolare Lösungen die eigentliche Ursache für den Zerfall.

Zur Messung der osmotischen Resistenz werden die roten Blutkörperchen eines Patienten in Röhrchen mit steigender Salzkonzentration gegeben. Eines der Röhrchen enthält annähernd reines Wasser. Eines enthält eine Salzkonzentration, wie sie für rote Blutkörperchen optimal ist. Nach 24 Stunden platzen die Blutkörperchen im reinen Wasser. In Röhrchen mit höherer Salzkonzentration platzen in der Regel nur wenige der Blutkörperchen. Wenn der Patient an einer Erkrankung mit verringerter osmotischer Resistenz der Blutkörperchen erkrankt ist, platzen die Körperchen auch in höheren Salzkonzentrationen und können dem osmotischen Druck keinen Widerstand leisten.

Die osmotische Resistenz kann auch erhöht sein. Eine Resistenzerhöhung ist unspezifisch und kann die Folge verschiedener Erkrankungen sein. Beispiele für Krankheiten mit osmotischer Resistenzerhöhung der roten Blutkörperchen sind die Thalassämie, die Eisenmangel-Blutarmut und die Sichelzellenblutarmut. Außerdem können Gelbsucht und Leberschäden die Resistenz erhöhen.

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